Applied Sciences-Basel:可拉伸电极的形状记忆增强电学自修复

【引言】

自修复聚合物是一系列近年来越来越受到科学界和工业界关注的生物仿生材料，这种材料模仿生物损伤自修复的机理在材料内部实现修复功能。一般来说，自修复材料的修复机制建立在可逆键合如氢键和双硫键，然而依靠这一机理的材料要求较为复杂的微观-分子设计和合成过程。与此不同，形状记忆辅助自修复则是探索将热塑性形状记忆聚合物基质材料与修复剂进行结合从而形成新型自修复系统。近年来，关于形状记忆辅助的导电复合材料的研究日益受到关注，比如由碳纳米管等组成的导电纳米骨架与聚合物的结合可以产生动态交联水凝胶，该种凝胶具有优异的拉伸能力，可以作为柔性电子器件的基础材料。尽管关于形状记忆辅助自修复的研究已经持续了很多年，然而关于如何修复基于形状记忆的导电复合材料导电性的相关研究却甚少报道。

【成果简介】

近期，香港理工大学的胡金莲教授和广东工业大学的罗洪盛等人将银纳米线与环氧树脂进行结合，成功合成了具有多刺激触发自修复效应的复合导电材料并基于此制备了新型可拉伸电极，这一材料在电和热刺激下可实现表面裂痕修复功能。一般电极材料表面出现裂痕容易损伤电极的导电性能，而研究人员利用可拉伸性能和形状记忆效应将应变能预先储存到材料中，在热刺激下，与裂痕垂直取向的应变能能够被释放，驱动裂痕修复，进而大大提高材料导电性的修复效率。相关成果以题为相关成果以题为“Shape Memory-Enhanced Electrical Self-Healing of Stretchable Electrodes”发表在Applied Sciences-Basel上。

【图文导读】

a. 形状记忆增强自修复电极的示意图；

b. 电极横截面的扫描电镜图像；

c. 银纳米线负载物的表面电阻；

d. 微观裂痕的表面形貌扫描电镜图像。

a. 无裂痕样品的电流-时间关系；

b. 存在裂痕样品在修复过程中的电流-时间关系；

c. 预拉伸程度与修复效率的关系；

d-f. 不同拉伸程度下的表面修复形貌的扫描电镜图像（80℃触发10分钟）。

a. 不同预拉伸状态下无裂痕样品的拉曼光谱；

b. 无预拉伸的裂痕状态以及修复状态的拉曼光谱；

c. 预拉伸的裂痕状态以及修复状态的拉曼光谱；

d. 形状记忆增强的自修复的数码照片。

【小结】

本研究报道了负载有银纳米线的新型可拉伸电极，通过预先进行基于热-机械形状记忆的程序化拉伸可以提高电极材料的自修复能力，修复效率从13.4%可提升到63%。应变能的释放能够辅助裂痕愈合，从而增强修复效应这项研究为如何优化导电复合材料的形状记忆行为并进一步应用到柔性电子器件中奠定了基础。

文献链接：Shape Memory-Enhanced Electrical Self-Healing of Stretchable Electrodes（Appl. Sci., 2018, DOI: 10.3390/app8030392）

Applied Sciences-Basel (ISSN 2076-3417; IF: 1.679; http://www.mdpi.com/journal/applsci) 作为开放获取型国际期刊，发表应用科学类相关论文。Applied Sciences-Basel采取单盲同行评审，一审周期19天，文章从接收到发表仅需6.6天。

本文系材料人与MDPI联合推出的MDPI专栏第一篇。

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